综采工作面采空区水治理技术研究与应用

黄 辉

(河南龙宇能源股份有限公司 陈四楼煤矿, 河南 永城 476600)

1 概 况

河南龙宇能源股份有限公司陈四楼矿21503工作面位于十五采区，为减少断层构造对回采工作的影响和最大限度地回采煤炭资源，该工作面设计为里、外两段，拥有里、外切眼，里、外工作面轨道顺槽成113°布置。工作面所采二2煤层层位稳定，倾角2°～24°，平均13°，煤层厚度1.40 m～3.30 m，平均2.46 m。采用单一煤层一次采全高、倾斜(走向)长壁后退式综合机械化采煤法，顶板控制采用全部垮落法。工作面巷道布置示意图见图1。

工作面里段由于受采动影响，顶、底板裂隙水从工作面55#～81#支架后的老塘流出，出水量约20 m3/h。工作面里段轨道顺槽低于皮带顺槽，工作面外段轨道顺槽整体高于皮带顺槽，工作面里段的老塘水经工作面里段轨道顺槽流出后流到工作面外段轨道顺槽。为防止工作面里段老塘水在工作面外段推进过程中流过工作面，影响正常回采，工作面里段老塘水成为制约工作面外段回采的关键。

2 里段老塘水治理难点分析与解决办法

要保证里段工作面的老塘水在工作面外段推进过程中不影响工作面的正常回采，主要有两个难点。

图1 21503工作面巷道布置示意图

难点1:要使工作面里段老塘水在工作面外段推进过程中不流过回采工作面，就要将老塘水以一定的方式，按照人为的意愿引流到工作面外段皮带顺槽。

为达到引流的目的可待工作面外段回采至与工作面里段轨道顺槽平齐时，在工作面外段铺设一趟导水管路，让水从管路流过，达到引流的目的。

难点2：要让工作面里段的老塘水在工作面里段的巷道顶板跨落后，仍能进入埋设在外段工作面的管路内，并且长期保持这一状态。

为解决此问题，可采用以下办法：若要使工作面里段的老塘水在顶板垮落后进入埋设在外段工作面的管路，可将老塘水聚集到一起，然后进行引流。为此，可设堵水墙，在老塘水流出后被堵水墙堵住，然后在堵水墙上插1根引流管路，直接将水引流到埋设在工作面外段的管路，可达到引流工作面里段老塘水的目的。为保护堵水墙的稳定和耐用，可另设1道堵水墙用于分担外侧挡水墙的压力，并且在两道堵水墙的里侧加打木垛，用于过滤老塘水冲下的煤渣。

3 施工步骤

3.1 堵水墙的打设

3.1.1挡水堰墙厚度计算与选择

挡水堰墙的厚度主要根据水压、巷道断面大小、岩石的力学性质及墙体材料的强度来确定。墙体的形式采用单级平面型混凝土挡水墙，设计混凝土强度等级为C20，弯曲抗压强度值11 MPa。

挡水堰墙厚度计算公式为：

式中：

B—挡水堰墙厚度，m；

K—安全系数，取1.4；

b—巷道宽度，m，取3.2；

h—巷道高度，m，取2.6；

W—作用在墙上的全载荷，N，W=Pmax·F，取2.08×106。其中，F为混凝土挡水墙的横断面积，m2，F=b·h，取8.32；Pmax为作用在墙上单位面积的最大压力，Pa，取0.25×106；

δ—混凝土许用抗压强度，Pa，取11×106。

计算得挡水堰墙最大厚度B为0.48 m。为了防止挡水堰墙渗水并保证21503(外段)工作面安全回采，故设计挡水堰墙厚度为0.5 m。

3.1.2挡水墙的施工[1-2]

在距离工作面里段停采线30 m处打设第一道挡水墙，在距离第一道挡水墙3 m处打设第二道挡水墙，两堵墙暴露在巷道中的墙体高度均为1.5 m，宽度均为0.5 m，使用混凝土浇铸[1 m3混凝土水泥∶黄沙∶大石子=8(袋)∶0.47 m3∶0.82 m3]，墙体向煤帮和底板均深入0.5 m。在施工两道挡水墙前分别在距离两道挡水墙1 m位置打设2个全断面的宽度为2 m的木垛，用于过滤老塘水冲蚀下来的煤渣。在施工第一道挡水墙时将1根6英寸的排水管埋在巷道边水沟中，作为引水管，让水从水管中流过，以方便挡水墙的施工；在施工第二道挡水墙距离底板0.5 m高时用1根6英寸的排水管穿过第二道挡水墙(不穿过第一道挡水墙)，作为导水管，并用6英寸排水管将导水管连接至外段工作面轨道顺槽处，待两堵墙都施工好后，把插在第一道挡水墙埋在水沟中的引水管堵上，这样老塘水淹没第一道挡水墙后就会溢流到两堵墙中间的空间，待水位高于预埋在第二道挡水墙的管路时水就会从管路中流出。第一道墙用于阻挡老塘水冲蚀下来的煤渣，以防堵塞导水管；第二道墙用于挡水，以使水从导水管中流出。两道墙具体的施工图见图2。

a)正视图

b)俯视图

与导水管连接的管路要铺设在工作面里段轨道顺槽的水沟中，以减少顶板垮落时对水管的破坏。水管铺设到工作面外段轨道顺槽后，连接1个带2个球阀的三通，在工作面外段推进到与工作面里段轨道顺槽平齐前，打开通向工作面外段轨道顺槽的球阀，关闭通向外段工作面的球阀，将水排到外段工作面轨道顺槽的水沟中，然后排出。

3.2 工作面排水管的铺设

在工作面外段运输机机尾推进至预计引水位置前必须保证工作面支架、运输机成直线，并且工作面不得留顶、底煤，采煤机割透工作面最后一刀后将运输机推至煤壁(不拉超前架)，采煤机割透机头、机尾后将工作面运输机收回，并采用人工方式将运输机至煤墙底板浮煤清理干净，然后将工作面运输机推至煤壁再割一刀煤，支架不动，最后将工作面运输机收回，采用人工方式将运输机至煤墙底板浮煤清理干净。人工使用风镐在工作面开挖1个宽0.4 m×深0.4 m的水沟。然后在水沟中铺设1趟6英寸的排水管，工作面铺设好导水管后，在导水管上方用木料进行覆盖，所覆盖的木料要求顺序进行摆设。然后再采用金属网覆盖在木料上方，金属网长边沿水沟方向头对头进行摆放，并采用14#铁丝进行连接，连接不得大于210 mm，然后将所铺设的导水管与6英寸三通闸阀相连接，并将所连接闸阀打开，把水引流到工作面外段皮带顺槽。在工作面里段轨道顺槽与外段轨道顺槽连接处要打设1个木垛，覆盖住连接水管的三通闸阀，以防顶板垮落时对管路及闸阀造成损坏。导水管位置图见图3。

图3 21503工作面导水管路布置示意图

4 总 结

陈四楼矿21503工作面通过采取打设2道堵水墙堵水、引流将工作面里段的老塘水可控的引流到工作面外段轨道顺槽处，待工作面外段推进到与工作面里段轨道顺槽平齐时，通过在工作面埋设导水管的方式将水导流到工作面外段皮带顺槽中，老塘水处理方法在后期得到了验证。21503工作面里段老塘水的治理为该矿类似条件的采煤工作面积累了经验。

参 考 文 献

[1]张 平．采空区老塘水探放实践[J].煤田地质与勘探,2005(8):174-175.

[2]吴发红.老塘水的预测与防治[J].煤炭技术,2004(4):62-63.